一、葉輪強度分析的必要性

葉輪是泵的核心部件，工作時葉片上承受著流體的反作用力，葉片自重及旋轉產生的離心力，液流對葉片產生的摩擦力。由于葉片的特殊形狀，葉片根部與柄的連接處產生了比較大的集中應力。如葉片設計過厚，雖可降低葉片根部的集中應力，但也降低了泵的水力性能，同時也不符合經(jīng)濟性原則；若設計過薄，葉片根部容易產生裂紋，強度計算可校驗葉片根部在彎矩和扭矩聯(lián)合作用下所產生的應力是否滿足強度要求。許多科研人員對葉輪葉片的應力做了大量的探索，并得到了很多計算方法，如常規(guī)簡化計算法、二次計算法、迭代法、有限元法等等。而近年來，有限元分析方法在水泵研究方面有了很多的應用。借助有限元分析軟件對廣一水泵葉輪強度進行校核，求得葉片上的應力分布情況，合理確定葉片厚度

二、葉輪強度分析

1、建模與網(wǎng)格處理

利用SolidWorks對葉輪完成建模，模型如圖1所示。用實體四面體單元對模型進行網(wǎng)格劃分。水泵葉輪材料為鑄造不銹鋼，輸入相關材料屬性，方法在此不再累述。

2、載荷與約束

泵葉片是空間形狀，厚度沿著弦長方向分布不均勻，葉片表面各點的水壓力也不同，隨著CFD軟件的高速發(fā)展，流體計算軟件能夠很好的模擬出水泵葉片表面各點所受的壓力。

目前CFD軟件主要有兩大類，一類為專業(yè)的流體分析軟件如CFX、Fluent、FlowMaster、PHOENICS軟件等，另一類為三維CAD軟件中的流體分析插件，如SolidWorks軟件集成的流體分析插件FlowSimulation，兩類軟件優(yōu)劣比較如下所述。

專業(yè)分析軟件功能強大、在泵行業(yè)中應用廣泛，成功案例較多，借鑒的資料與經(jīng)驗較多，很多的學者使用該類軟件計算葉輪的內部流動，如http://gygpump01.cn.qiyeku.com運用PHOENICS軟件計算了離心泵葉輪內部的三維紊流，并把計算結果與LDV的測量進行對比，用Fluent進行離心泵內流場的數(shù)值模擬等；但這類軟件往往操作復雜、很難為一般設計人員掌握。

而集成的流體分析插件功能相對專業(yè)軟件來說偏弱、操作方便簡單、使用者無需大量的專業(yè)背景和培訓就可掌握，可供一般的水泵設計人員使用，作為設計時的借鑒與依據(jù)。且由于軟件的集成性，流體分析的結果可直接導入到結構分析中實現(xiàn)流固耦合，作為設計時的借鑒與依據(jù)。

在實際中，企業(yè)可根據(jù)自身的情況選擇合適的流體分析軟件。利用流體仿真技術得到的葉片表面壓力分布情況，將其結果文件(.fid)直接導入到Simulation中，實現(xiàn)流固耦合分析。導入圖1所示。

當然對于某些企業(yè)缺乏流體分析軟件及相關流體分析經(jīng)驗時只能通過經(jīng)驗公式換算進行施加，可能會導致得不到精確的解，故經(jīng)驗估算的方法不推薦。

斜流泵為旋轉機械，葉輪工作時繞泵軸定速旋轉，將產生離心力，其方向與泵軸方向垂直，其大小與水泵的轉速、葉片半徑及葉輪材質有關。對其施加離心力載荷，輸入泵的工作轉速，如圖2所示。

同時可在分析時考慮重量的影響，選擇“引力”載荷，輸入重量加速度“9.8m/s2”，方向朝下。假設葉輪與轉軸連接位置的面固定，限制該面6個自由度。

3、結果分析

葉輪{zd0}VonMises應力為93.IMPa，位于葉片的外側邊緣處。屈服應力為240MPa，安全系數(shù)約為2.58。通常http://gygpump01.cn.qiyeku.com葉輪安全系數(shù)約為2?3,基本滿足強度要求。

除要了解葉輪的合位移外，還需要了解水泵葉輪徑向位移量，以確定葉輪與轉軸間的間隙，葉輪合位移、徑向位移。從應力、位移結果來看，該葉輪基本滿足強度、剛度要求。

如想了解更多關于廣州廣一泵業(yè)有限公司的信息，可關注網(wǎng)站：http://gygpump01.cn.qiyeku.com  聯(lián)系電話：020-36800721 李先生

聯(lián)系電話：020-36800721/ 020-36800722    聯(lián)系手機：13827265823 / 13825759688

聯(lián)系人：李先生                            聯(lián)系QQ：2858083868/187252656

聯(lián)系地址：廣州市科韻南路133號